植物生理学课程案例式教学的设计与应用

摘" 要：作为农科专业的基础理论课程，植物生理学是一门理论和实践性很强的课程。然而该课程教学内容多，并且难度较大，老师单向灌输、学生被动接受的传统教学模式不利于培养农业现代化所需要的高素质创新人才。案例式教学能调动学生的积极性和求知欲，有利于培养学生的创新思维能力。该文建设植物生理学课程案例库，并在该课程中实行案例式教学，借助案例式教学加强学生对该课程的掌握和运用，进一步提高教学质量。

关键词：农业;植物生理学;案例库;案例式教学;应用

中图分类号：G642" " " 文献标志码：A" " " " " 文章编号：2096-9902（2024）15-0140-04

Abstract： As a basic theory course for agricultural majors， plant physiology is a highly theoretical and practical course. However， there are many teaching contents in this course， and it is difficult. The traditional teaching mode of one-way indoctrination by teachers and passive acceptance by students is not conducive to the cultivation of high-quality innovative talents needed for agricultural modernization. Case-based teaching can arouse students' enthusiasm and thirst for knowledge， and help to cultivate students' innovative thinking ability. This paper constructs the case base of plant physiology course， and implements case-based teaching in this course， with the help of case-based teaching to strengthen students' mastery and application of the course， and further improve the teaching quality.

Keywords： agriculture; plant physiology; case base; case-based teaching; application

我国是农业生产大国，拥有悠久的农耕文明，耕地面积广，农业人口众多，与发达国家相比从事农业的人口比重较大，农业发展问题一直是我国关注的焦点。随着人口的增加和土地资源的有限性，农业面临着严重的资源短缺问题。例如，水资源、耕地资源及肥料等农业生产要素的短缺，制约了农业的发展。同时，过度开发和不合理利用也加剧了资源短缺的严重程度。农业生产过程中，化肥、农药的过度使用与不合理的农业耕作方式，对生态环境造成了严重破坏。土壤退化、水体污染等问题日益严重，给农业发展带来了巨大的压力。传统的农业生产方式已经难以满足现代社会的需求。农业生产效率低下，不仅影响了农民的收入水平，也制约了农业的整体发展。如何提高农业生产效率，成为农业发展亟待解决的问题。

为了全面落实2024年中央一号文件、全面推进乡村振兴并且适应现代化农业发展，以满足农业类专业对植物生理学人才的迫切需求，我国要求高等农业院校培养人才需注重基础知识的夯实、实践能力和创新精神的培养、适应农业现代化发展的要求。植物生理学是研究植物生命活动基本规律及其与外界环境相互关系的一门科学[1]，是生物、园艺、生态、农学、草业和林学类等专业的基础理论学科，也是一门实践性很强的学科。植物生理学课程的诞生和发展都与农业生产有着极为密切的关系，也被称为合理农业的基础课程，该课程开设时间为大二下学期，必须先学习植物学、有机化学、无机化学和基础生物化学等先行课程，同时又为之后学习其他专业课程奠定基础[2]。植物生理学涉及前期基础学科如植物学、无机化学和有机化学等，教学内容深度和广度较大，学生学习相对较难。并且传统教学以教师采用讲授法、示范法等方法[3]，注重学生对知识的接受与记忆，学生以被动接受的方式获取知识，忽略了以学生为主体，导致学生课堂参与度不高，学生学习植物生理的主动性和积极性降低，缺乏理论联系实际能力，不利于农业现代化人才培养。

1" 植物生理学教学中普遍存在的问题

1.1" 教学内容的前沿性不足

尽管植物生理学课程教材较多，但教学内容大致相同，包括植物细胞的结构与功能、植物的水分生理、植物的矿质与氮素营养、植物的光合作用、植物的呼吸作用、同化物的运输与分配、植物细胞的信号转导、植物生长物质、植物的光形态建成与运动、植物的生长生理、植物的成花生理、植物的生殖与衰老和植物的抗逆生理。然而一些教师仍然沿用上述教材中传统的教学内容，未能充分结合新的研究成果进行更新和拓展。例如，在讲授植物的水分生理中气孔运动的机理时，以往的教学内容中，腺嘌呤核苷三磷酸（ATP）来源于光合磷酸化或氧化磷酸化，但2022年Lim等[4]发现，叶绿体主要是形成并储存淀粉的，而ATP来源于氧化磷酸化。这导致学生在课堂上接受到的知识较为有限，无法全面了解植物生理学的最新动态和发展趋势。

1.2" 教学方式单一

植物生理学通常采用传统的讲授式教学，缺乏多样化和创新性的教学方法。这种教学方式通常以教师为中心，使学生处于被动接受的状态，缺乏主动性和参与性，难以激发其学习兴趣和主动性。同时，缺乏多样化的教学手段和方法，如翻转课堂、成果导向教学和案例教学等，限制了学生对知识的深入理解和掌握。

1.3" 课程考核方式单一，实验教学环节薄弱

目前，植物生理学主要采用平时成绩30%（实验课20%，考勤5%和平时作业5%）和期末成绩70%的方式进行考核。其中，期末成绩主要采取闭卷考试，以选择题、名词解释、判断题、论述题和简答题为主，受卷面和时间限制，考查知识点有限，多以记忆题型为主，考试中学生的基础知识相对较好，但论述题和简答题得分率较低，作答内容较少，缺乏条理性，归根结底是学生缺乏理论联系实际的能力。

另外，实验教学环节薄弱也是植物生理学教学中的一个普遍问题[5]。实验教学是植物生理学教学的重要组成部分，但实验教学课时有限，且内容多以观察性和验证性实验为主，缺乏创新性和探索性。这导致学生在实验过程中往往只是按照既定的步骤进行操作，缺乏对实验原理和方法的深入理解和思考。

1.4" 生源多样化

植物生理学课程面向生物技术、植物保护、生态学和森林保护等专业开设课程，各个专业的学生都有不同的学科背景和专业领域，其中不乏文科专业的学生，他们在高中时期就没修过生物和化学，导致了其在基础知识掌握上的差异。并且不同专业背景的学生对植物生理学的学习兴趣和需求存在较大的差异，例如，植物保护的学生更关注植物与环境之间的相互作用，生物技术的学生更关注植物的光合作用和植物抗逆。这种差异导致教师在教学过程中很难满足所有学生的需求，在学习植物生理学课程时缺乏足够的兴趣和动力，在遇到困难时更容易放弃，从而影响学习效果。

1.5" 师资队伍与教学水平不一

目前，各个高校植物生理学教学的师资力量不同。部分教师为硕士研究生学历，缺乏实验经验和创新精神，难以将前沿研究成果和技术引入教学中。并且为了提高教学质量，教师需要在授课前准备大量教学资料和教学案例用以完成教学设计，在规定时间内为学生讲授章节的重点内容，同时教学案例和教学资料大部分来自于网络，需要花很大的精力去梳理，这对于教师来说工作量增多，并且难以全面、透彻地掌握教学案例和教学资料。

2" 案例式教学的内容及优势

2.1" 案例式教学的内容

案例式教学[6]（case-based teaching）就是指以农业生产中遇到的真实案例为材料，通过运用植物生理学知识进行案例分析、案例讨论、案例演练等方式，培养学生综合运用知识、分析及解决问题的能力。案例式教学是以结果为导向，注重将实际情况引入课堂教学，结合课堂教学内容进行讨论与分析，将理论与实践有机结合起来，让学生实现同步进步。案例式教学不仅有利于学生的学习，还能够培养学生的分析问题、主动性、应变能力及创新能力，有效地提高学生的综合能力。

2.2" 案例式教学的优势

植物生理学作为生物、园艺、生态、农学、草业和林学类等专业的基础理论学科，对农业类专业非常重要。授课通常采用老师以灌输式的传统教学法，学生以死记硬背为主，缺乏学习的主动性、独立思考和解决问题能力。而案例式教学可以通过引入真实、生动的案例，将抽象的理论知识与实际情境相结合，能够激发学生的学习兴趣和好奇心。学生在分析案例的过程中，需要主动思考、探索解决方案，从而提高学习的主动性和参与度[7]。并且案例式教学注重引导学生从实践中学习和理解知识，通过案例分析，学生可以更加深入地理解植物生理学的原理和应用。这种教学方式有助于将理论知识转化为实际操作能力，加深学生对知识的理解和记忆。此外，案例式教学通常涉及复杂、真实的问题情境，需要学生综合运用所学知识进行分析和解决。在案例分析的过程中，学生需要识别问题、提出假设、制定方案并进行验证，从而培养其问题解决能力和批判性思维。案例式教学通常涉及多个领域的知识和信息，学生需要通过查阅文献、搜集资料等方式完善案例分析。这个过程有助于拓展学生的知识来源和视野，使其能够更全面地了解植物生理学的相关领域和应用。

2.3" 案例式教学在植物生理学课程中应用的意义

植物生理学作为合理农业的基础课程，在农业类专业中占有重要地位。在植物生理学课程中，案例式教学可以发挥重要的作用，解决传统教学中存在的一些问题。例如，案例式教学能够使学生更加深入地理解植物生理学知识，通过分析和讨论真实的案例，学生可以更加直观地了解植物生理学的理论和实际应用，将理论知识与生产实际相结合，从而更好地掌握和运用知识。并且案例式教学有助于激发学生学习兴趣和主动性。相比于传统的讲授式教学，案例式教学更加生动、有趣，能够吸引学生的注意力。通过引导学生主动分析案例、提出问题和解决方案，可以培养学生的批判性思维和创新精神，提高其问题解决能力。案例式教学还能够培养学生的团队合作和沟通能力。在案例分析过程中，学生通常需要分组进行讨论和合作，这有助于培养其团队合作精神和沟通能力。通过与他人交流、分享观点和经验，学生可以拓宽自己的视野，增强自己的综合素质。

3" 案例式教学在植物生理学课程中的应用

3.1" 制订课程案例库建设的总体规划

制定植物生理学课程发展目标，主要包括提升教学质量以及培养学生实践能力;根据教学内容确定案例主题，同时收集与整理案例，形成具有一定规模、覆盖多个知识点的案例库;建立案例库的更新机制，确保案例的时效性和前沿性;推动案例库在本教研室中广泛应用，促进教学方法的创新和改革。

3.2" 案例收集与撰写

植物生理学作为一门专业基础课，并且实践性也很强，因此，所选择的课程案例不仅要符合课程知识点，也要能反映出农业实际生产中的问题，同时也要能够联系其他课程，案例内容要丰富并且具有深度，要求学生能够联系课程相关知识和案例。植物生理学教学案例主要来自于以下几个方面。一是通过文献检索，在国内外专业期刊上，以课程知识点为关键词或主题进行检索，提高案例的权威性和前沿性。二是通过官方网站、网络媒体等报道获取当下热门新闻及事件作为案例;三是基于野外、田间调查及教师科研项目成果获取案例素材，增强植物生理学课程案例的真实性和情景性。

在案例撰写中，需要紧密结合课程内容与实际应用，以多种形式展示案例素材，例如应用图片、视频、文字、道具等展示教学案例，同时根据教学内容和教学案例设置1～2个扩展式思考题，例如通过图片、视频、自然环境等观察到的现象、存在该现象的原因、相关的解决措施，以及生活中你观察到的其他有关现象。特别是设置与课程思政有关的教学案例，这可以增强教学中的现实感和针对性，例如，在讲授植物生理学与农业生产时引入中央一号文件，让学生知道国家目前需要夯实农业基础，保障重要农产品有效供给。同时，还可以培养学生的综合素质，实现思政教育和教学“润物细无声”的融合。

3.3" 案例教学的实践与应用

在授课前，授课教师应提前制定好教学计划，准备好教学教案。同时，按照教学内容和教学计划，教师通过“学习通”线上平台提前一周将案例资料发布给学生，要求学生4～5人每组，分成若干小组，对案例资料和相关理论进行学习，并完成案例中的思考题，并提出更多与课程内容及案例相关的问题，除此之外是否有其他案例与之相似，共同解析教学内容。在课堂中首先由教师对该章节内容进行知识点串讲，让学生了解本章节内容、掌握知识点后，通过图片或视频引入教学案例，就该案例进行课堂讨论。随机选取小组发言人进行讨论发言，由该组其他同学进行补充，剩余小组同学进行提问，充分调动学生的参与性和积极性。待每个小组发言完毕、讨论结束后，由教师对教学案例进行总结，点评学生的分析思路和方法是否正确，并指出分析的不足之处，同时对分析深入的小组给予肯定。同时，根据教学内容和教学案例进行知识拓展，进一步拓宽学生的知识来源和视野，使其能够更全面地了解植物生理学的相关领域和应用。对于学生来说，在收集和整理资料，参加教学案例的讨论和发言，总结该堂课学习到的知识，并将学到的理论知识运用到实际生产中，有助于学生进一步增加理论知识的了解和掌握，提高其总结归纳能力和文字表达能力。

以大二学生为授课对象进行植物保护案例教学。在讲授植物的水分生理时，利用PPT展示火星、月球和地球的图片，提出“水是生命起源的先决条件，没有水就没有生命”。2022年我国农作物受干旱面积11 739千公顷，直接经济损失3 340.2亿元，因此，有收无收在于水。根据上述案例，向学生提出问题：既然没有水就没有生命，有收无收在于水，那么盐湖周边为什么很少有植物，甚至说没有植物生存？根据上述问题继续向学生提出以下问题：①水分在植物——环境中的移动机制？②水分如何进入植物体内？③水分如何在细胞间移动？④水分如何离开植物体？本案例课堂教学如下。首先，在授课前1周将火星、月球和地球图片和上述文字通过“学习通”在线平台下发至学生，学生完成分组，对上述问题进行思考。其次，在课堂中，讲授水在植物生命活动中的作用、植物细胞对水分的吸收、植物根系对水分的吸收和蒸腾作用，并展开案例讨论，由每个小组讨论“①水分在植物——环境中的移动机制？②水分如何进入植物体内？③水分如何在细胞间移动？④水分如何离开植物体？”这些问题。讨论结束后，由教师对讨论结果进行总结和补充。让学生带着上述问题进行思考并分析这些问题，从中获取新知识，培养学生发现问题、分析问题、解决问题及独立学习的能力。通过课堂上学生的不同答案，对本节课内容进行归纳总结。

在“植物体内的必需元素”章节教学中，以植物吸收矿质元素为例，进行案例式教学。俗话说“有收无收在于水，收多收少在于肥”，所谓必需元素是指植物生长发育必不可少的元素。那么植物体内的元素是否都是必需元素？判断的标准是什么？用什么方法判断？有哪些必需元素？本案例课堂教学如下。首先，在授课前1周将上述文字通过“学习通”在线平台下发至学生，学生完成分组，对上述问题进行思考。其次，在课堂中，本教学案例以植物体内的必需元素概念和国际植物营养学会规定的植物必需元素的3条标准为基础，分析如何确定植物体内的必需元素。本案例教学的主要目标是引导学生通过实验设计进行分析与讨论。由每个小组讨论“用什么方法判断植物体内的必需元素？”，讨论结束后，由教师对每组讨论结果进行补充，对讨论分析深入的小组给予肯定。一方面，通过老师的讲解梳理植物体内的必需元素基本概念和国际植物营养学会规定的植物必需元素的3条标准，加深学生对基本知识的掌握。另一方面，通过实验设计将理论知识转化为实际操作能力，加深学生对知识的理解和记忆。

3.4" 维护开发案例库

将制定好的案例库进行推广和共享，随着植物生理学课程的发展和教学的需要，案例库需要不断更新和优化。教师可以根据教学效果和学生反馈，对案例库进行修订和补充，以保持其时效性和实用性。

通过制定植物生理学课程案例库，可以为教师和学生提供丰富的教学资源，促进案例式教学的有效实施，提高教学效果和学习效果。同时，案例库的建设也有助于推动植物生理学课程教学的创新和发展。

4" 结束语

植物生理学案例教学实践与应用是提升教学质量、培养学生综合能力的重要途径。通过筛选适合的案例、合理的教学设计并引导学生积极参与，可以充分发挥案例教学在植物生理学教学中的优势，实现理论与实际的相结合。同时，还应不断探索和完善案例教学实践与应用的方式方法，以培养学生独立自主的学习能力，对未来培养具有适应新时代背景下的农业农村现代化人才作出贡献。

参考文献：

[1] 王永飞，马三梅，李宏业.植物生理学[M].北京：科学出版社，2019.

[2] 肖继坪，杜晓翠，陈疏影，等.基于“雨课堂”的植物生理学混合式教学设计与探索[J].高教学刊，2024，10（1）：103-106.

[3] 贺远，李林，刘春奎，等.基于翻转课堂的植物生理学课程设计与创新[J].安徽农学通报，2023，29（22）：162-166.

[4] LIM S L， SABRINA F， LIU J， et al. Arabidopsis guard cell chloroplasts import cytosolic ATP for starch turnover and stomatal opening[J].Nature Communications， 2022，13（1）：652.

[5] 杨浩，李俊香，张丽娟，等.创新人才培养模式下植物生理学实验教学改革探索[J].智慧农业导刊，2024，4（2）：132-135.

[6] 王青梅，赵革.国内外案例教学法研究综述[J].宁波大学学报（教育科学版），2009，31（3）：7-11.

[7] 张正茂.案例式教学在“食品工艺学”课程教学中的应用初探[J].农产品加工，2019（12）：97-99.

基金项目：新疆维吾尔自治区“天池英才”引进计划（2223RSTTCYC）;新疆维吾尔自治区产学协同育人项目（2023210001）

第一作者简介：王怡（1993-），女，博士，讲师。研究方向为植物分子生物学。